直接甲醇燃料电池催化剂特点及设计

在几年来的能源开发领域，绿色节能的新型电池收到人们的广泛关注。新能源设备被广泛关注，不仅仅是因为其环保，还主要因为其在技术上的突破性进展。这其中尤以直接甲醇燃料电池最为明显，由于其采用液态电池设计，因此工作温度不高，易于控制。

目前一个广为接受的甲醇电催化模型是双功能模型，即催化剂表面存在两种功能中心：甲醇的吸附和C—H键的活化以及脱质子过程主要是在Pt活性位上进行的，水的吸附和活化解离是在Pt或其他M组分上进行的，最终吸附的含碳中间产物和—OHads（吸附OH基团）相互作用，完成整个阳极反应。对上述反应机理中的M组分，催化剂的加入一方面能促进水的吸附解离反应的进行；同时还能通过电子作用修饰Pt的电子性能影响甲醇的吸附和脱质子过程，减弱中间产物在金属表面的吸附强度。

添加不同的组分可以分别或同时满足上述不同的要求。按照上述机理，设计电催化剂时必须考虑到C—H、Pt—C、M（Pt）—O（H）、M—C等几种化学键的强度。另外，催化剂的表面结构亦为催化剂设计中必须考虑的一个重要因素，甲醇在Pt催化剂上的反应活性和自中毒程度与催化剂的表面结构密切相关。由于Pt（111）晶面抗CO中毒能力较强，有必要在催化剂中保持较多的Pt（111）晶面。

基于双功能模型的分析，理想的催化剂应该具有如下特点。

1、催化剂中应该含有较多的Pt（111）晶面。这要求其他各类助催化成分不应超过其在Pt晶相中的溶解度，若超过其溶解度Pt的晶格会发生畸变，Pt（111）晶面含量会降低。

2、催化剂中提供活性氧的组分M吸附并解离水的能力应强于Pt，但M—O（H）键强应适当，以保证表面活性氧的及时形成，并能溢流到吸附的含碳中间产物附近将其氧化消除。

3、如含有其他组分M′以活化C—H键，则它的存在应该有利于吸附在Pt上的含碳中间产物的转移，以释放Pt活性位，促进甲醇的吸附和脱质子过程。

除满足上述条件外，甲醇阳极催化剂还应具有较高的导电性能以降低电池内部电阻，提高电池功效。此外电极催化剂应具有一定的抗腐蚀能力、良好的化学稳定性和电化学稳定性。由于铂价格昂贵，资源匮乏，为了提高铂的利用率，普遍采用高比表面积的碳黑或石墨粉为载体，利用载体多孔、高比表面积的特点，制得晶粒细小（纳米级）高度分散、具有很大催化活性表面的负载型Pt/C催化剂，从而加快催化反应速度，有效地阻止电池工作中Pt的聚结，提高Pt的利用率，降低Pt的用量，降低膜电极的成本。

已上交就是直接甲醇燃料电池在阳极催化剂上的注意事项与特点。对于直接甲醇燃料电池感兴趣的朋友不妨花上几分钟来阅读本文，肯定能对于直接甲醇燃料电池的相关知识有进一步的了解。